JP4654680B2

JP4654680B2 - 電動機

Info

Publication number: JP4654680B2
Application number: JP2004373799A
Authority: JP
Inventors: 好史福田; 祐介菊地; 祥一田中; 和良渡辺
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006180674A

Description

本発明は、固定子コアの端部に絶縁端板（インシュレータ）が一体的に取り付けられた電動機に関し、さらに詳しく言えば、固定子コアの組立信頼性と組立作業性を両立する技術に関する。

一般的なインナーロータ型ブラシレスモータは例えば特許文献１に示すように、円筒状の固定子（ステータ）と、同固定子の中心に同軸的に回転可能に配置される回転子（ロータ）とを備えている。

固定子は磁性金属からなる固定子コアを備えており、固定子コアには巻線コイルが巻回される磁極歯（ティース）が回転子に向かって複数突設されている。これら磁極歯の間には巻線コイルが収納される空間としてのスロットが形成されており、スロットには巻線を巻き付ける際にスロット内にノズルを差し込むためのスロット開口部が形成されている。

ところで、通常、ティースには巻線が巻かれるため絶縁を施す必要がある。そこで特許文献１では、固定子コアのスロット内に絶縁シートを配置したのち、固定子コアの両端に絶縁端板（インシュレータ）を取り付けてティースを絶縁するようにしている。

この場合、絶縁端板にはさらに絶縁シートを固定するための突起部が設けられており、この突起部を固定子コアのスロット内に向けて差し込むことにより、絶縁シートの端部を突起部の先端で押さえることで絶縁シートの軸方向の抜け落ちを防止している。

また別の方法として、特許文献２では絶縁端板の固定子コアと対向する面にスロットに入り込む突起部を形成し、その突起部の一部に段差面を形成して、突起部の側面とスロットの内周面との間に形成された空間に絶縁シートを挟み込んで固定するようにした方法も開示されている。

しかしながら、このような方法では次のような問題があった。すなわち、絶縁シートは弾性力の強い材質、例えばＰＥＴ樹脂が用いられており、絶縁シートの寸法精度が均一でない場合、特許文献１のように絶縁端板によって絶縁シートの端部を軸方向から押さえ付けただけでは、スロットの内周面に沿って絶縁シートを密着させることができない。

また、特許文献２では絶縁シートを挟み込むことで絶縁シートをスロットの内周面に沿わせることはできるが、特許文献２の絶縁端板においても、絶縁シートの軸方向の移動は拘束されるが、幅方向の移動は拘束されていない。

したがって、この状態のまま固定子コアのスロット開口部からノズルを差し込みにティースに巻線を巻き付けた場合、巻線の巻き付け具合によっては絶縁シートが一方のティース側に寄せ付けられ、絶縁シートの側端部がスロット開口部からがはみ出してしまう場合があった。

絶縁シートの一部がスロット開口部からはみ出した場合、ノズルの移動軌跡を妨害するおそれがあるばかりでなく、ノズルによって絶縁シートが外されるおそれもあった。また、絶縁シートが片寄りするため、他方のティースの絶縁できないおそれもある。

特開２００３−３２４８８０号公報特開平４−４７３４号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は固定子コアの組立信頼性と組立作業性の両立を可能とする技術を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。まず、請求項１に記載の発明は、各スロット内に絶縁シートが配置された固定子コアと、上記固定子コアの端部に取り付けられる上下一対の絶縁端板とを有し、上記絶縁端板には上記スロット内に向けて挿入される係止リブが突設されている電動機において、上記係止リブは、上記スロットの内周面に沿って係止される第１係止リブメンバーと、上記スロットの内周面との間で上記絶縁シートを挟み込んで支持する第２係止リブメンバーとを有し、上記第１係止リブメンバーと上記第２係止リブメンバーとの間には上記絶縁シートの端部に沿って当接する段差面が設けられているとともに、上記絶縁シートには、上記第１係止リブメンバーの所定部位に係止される係止部が設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記係止部は上記絶縁シートに形成された切欠部からなり、上記係止リブには上記切欠部に形状的に対応する係止凸部が設けられていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項２において、上記切欠部は上記絶縁シートの角部に設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１，２または３において、上記係止リブには、上記絶縁端板を上記固定子コアに取り付ける際に上記絶縁シートを上記第１係止リブメンバーと上記第２係止リブメンバーとの間に導くガイドリブが設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、絶縁シートに第１係止リブメンバーの所定部位に係止される係止部を設けたことにより、絶縁シートの軸方向と幅方向のズレを簡単に防止することができる。また、第１係止リブメンバーによって絶縁端板を固定子コアに固定し、第２係止リブメンバーによって絶縁シートを挟み込んで固定することにより、絶縁シートをスロットの内周面に沿って確実に密着させることができる。また、段差面によって絶縁シートの軸方向の動きをさらに確実に防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、絶縁シートに切欠部設け、絶縁端板に切欠部に形状的に対応する係止凸部を設けて、それらを互いに合致させることにより、絶縁シートの移動を簡単かつ確実に拘束できる。

請求項３に記載の発明によれば、切欠部を絶縁シートの角部に形成したことにより、スロット開口部の縁から絶縁シートがはみ出すことを確実に防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、スロット開口部にガイドリブを設けたことにより、固定子コアに絶縁端板を差し込んでいった際に絶縁シートを確実に第１係止リブメンバーと第２係止リブメンバーの間に導くことができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電動機の固定子の分解斜視図であり、図２は固定子の上端部分を拡大した部分拡大斜視図である。

なお、本発明の特徴は電動機の固定子の構造であり、電動機を構成するそのほかの構成要素、例えば回転子やマグネットなどについての具体的な構成は任意であってよいため、特に図示はせずに、その説明も省略する。

図１に示すように、この固定子１０は中心に図示しない回転子が配置される円筒状の固定子コア２０と、同固定子コア２０の両端（図１では上下端）に取り付けられる一対の絶縁端板（インシュレータ）３０，３０と、同固定子コア２０の各スロット２３内に配置される絶縁シート４０とを備えている。本発明において、固定子１０はインナーロータ型ブラシレスモータの固定子である。

固定子コア２０は複数枚の電磁鋼板を軸線方向Ｏに沿って積層したものからなり、その外周面には軸線方向Ｏに沿って切欠溝２１が設けられている。この例において固定子コア２０は電磁鋼板の積層体からなるが、これ以外に鋳造成型品や金属粉体の焼結成型品などであってもよい。

固定子コア２０は円周方向に沿って等間隔に配置された９カ所にティース（磁極歯）２２を有し、各ティース２２の先端部にはロータの形状に沿って円弧状に湾曲されたティース面２２１が形成されている。

ティース２２の数は９個であるため、各ティース２２の間に形成されるスロット２３もティース２２の数と同じく９スロットであるが、ティース２２およびスロット２３の数は仕様に応じて任意に変更可能である。

各スロット２３にはティース２２に巻線を巻き付ける際に巻線供給ノズルが差し込まれるスロット開口部２４が形成されている。スロット開口部２４は軸線方向Ｏに沿って形成されたスリット溝からなる。

図４を併せて参照して、絶縁シート４０は合成樹脂製のシート基材からなり、スロット２３の形状に沿って断面Ｃ字状に形成されている。絶縁シート４０の端部にはスロット開口部２４とほぼ同じ開口幅を有するスロット溝４１が形成されている。

絶縁シート４０の基材には、冷凍サイクルの冷媒圧縮機用電動機として耐冷媒性が要求される場合、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＰＳ（ポロフェニレンサルファイド）などが用いられることが好ましい。

これによれば、耐冷媒性を備えた合成樹脂材料を用いることにより、冷媒によって合成樹脂成分が抽出されることがないため、冷凍サイクルに目詰まりなどの故障を防ぐことができる。

絶縁シート４０の角部には後述する絶縁端板３０に形成された係止リブ５０の係止凸部５４，５４によって係止される切欠部４２が設けられている。切欠部４２は絶縁シート４０の角部を四角形状に切り欠いたものからなり、この切欠部４２に沿って係止凸部５４を合致させることにより、絶縁シート４０の軸方向（上下方向）と幅方向（横方向）の移動を拘束することができる。

この実施形態において、切欠部４２は絶縁シート４０の角部の四隅にそれぞれ四角状に切り掛かれているが、これ以外に図８に示すように、斜めに切り欠かれた切欠部４２ａであってもよい。また、絶縁シート４０の端部に第２の切欠部４２ｂを設けて、絶縁端板３０側にもこれに対応する第２の係止凸部を設けてもよい。さらには、絶縁シート４０側に係止凸部を設け、他方の絶縁端板３０，３０側にこれに対応する切欠部を設けてもよい。

次に、絶縁端板３０，３０について説明するが、絶縁端板３０，３０は固定子コア２０を挟んで上下対称形状であるため、以下の説明において下方の絶縁端板３０について説明する。

図３を併せて参照して、絶縁端板３０は合成樹脂の成型品からなり、この例において、絶縁端板３０には冷凍サイクルの冷媒圧縮機用電動機として耐冷媒性が要求される場合、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポロフェニレンサルファイド）、液晶ポリマーやフッ素樹脂などが用いられることが好ましい。

絶縁端板３０は、リング状に形成されたボビン３１と、固定子コア２０の各ティース２２の端部を覆うように取り付けられるティースエンド３２とを備えている。ボビン３１は所定高さの円筒体からなり、その外周面には巻線の渡り線を引っ掛けておくための鉤部３１１が設けられている。

図３に示すように、鉤部３１１は例えばＴ字状やＬ字状、逆Ｌ字状に形成されており、各ティースに巻回された巻線の渡り線同士が互いに緩衝し合わないように異なる高さ位置に配置されている。この鉤部３１１の形状および配置は仕様に応じて任意に変更できる。

ボビン３１には各相毎に束ねられた渡り線をボビンの内側に導くためのガイドスロット３１２が設けられている。図５に示すように、ガイドスロット３１２はボビン３１の一端（反固定子コア２０側の端部）側から他端側に向けて切り込まれたスリット溝であり、このガイドスロット３１２を介して渡り線１がボビン３１の内部に引き込まれる。

図５に示すように、ボビン３１の内側に引き込まれた渡り線１は各相毎に結線されたのち、その結線部分が引出線２とともに絶縁チューブ６０によって覆われた状態でボビン３１に結束帯４によって固定される。

そこで、ボビン３１には結束帯４を挿通するための挿通孔３１３が設けられている。挿通孔３１３はボビン３１の半径方向に沿って形成された貫通孔からなり、所定間隔をもって複数形成されている。この例において、挿通孔３１３は４カ所設けられている。

ボビン３１にはさらに、絶縁チューブ６０を収納するための凹部３１４が形成されている。図１および図５に示すように、凹部３１４はボビン３１の内周面から半径方向に向かって所定深さに凹まされており、凹部３１４のほぼ中央に上記挿通孔３１３が形成されている。

これによれば、図５に示すように、絶縁チューブ６０を凹部３１４内に納めた状態で結束帯４によってボビン３１に固定することにより、着磁処理する際に生じる磁気振動によって絶縁チューブ６０がばたつくことを確実に防止することができる。

絶縁チューブ６０は例えば合成樹脂製の円筒チューブからなり、図６（ａ）に示すように、その一端側６１が熱溶着などによって閉塞されている。この絶縁チューブ６０の材質も上記絶縁端板と同様に耐冷媒性を有する合成樹脂によって構成することが好ましい。

この例において、絶縁チューブ６０は単なる円筒チューブからなるが、より強固に結束帯４で結束するためには、例えば図６（ｂ）に示すように、絶縁チューブ６０の一部を熱溶着などによって凹ませた凹部６２を設け、この凹部６２に沿って結束帯４を固定してもよい。

また別の変形例として、図６（ｃ）に示すように、絶縁チューブ６０の一部に挿通孔６３，６３を設け、この挿通孔６３，６３を介して結束帯４で拘束するようにしてもよい。さらには、図６（ｄ）に示すように、絶縁チューブ６０の一部を切り欠いて舌片６４を形成し、舌片６４によって切り掛かれた部分を結束帯４で拘束するようにしてもよい。

次に、再び図２および図３を参照して、ティースエンド３２は、ボビン３１の内周面から中心に向かって固定子コア２０のティース２２の端部に沿って合致する形状に形成されている。

絶縁端板３０のティース２３と向き合う端面（図３では上面）には固定子コア２０の各スロット２３内に向けて差し込まれる係止リブ５０が設けられている。図４に示すように、係止リブ５０は固定子コア２０のスロット２３の内周面に沿って係止される第１係止リブメンバー５１と、スロット２３の内周面との間で絶縁シート４０を挟み込んで支持する第２係止リブメンバー５２とを有し、第１係止リブメンバー５１と第２係止リブメンバー５２との間には絶縁シート４０の端部に沿って当接する段差面５３が設けられている。

第１係止リブメンバー５１はスロット２３の開口縁に沿って立設されており、スロット２３の内径寸法とほぼ同じ外形寸法を備えている。第１係止リブメンバー５１のスロット開口部２４に対向するスリット溝５６の端部には、絶縁シート４０の角部に形成された切欠部４２が係止される係止凸部５４，５４がスロット開口部を挟んで左右対称に設けられている。

係止凸部５４は第１係止リブメンバー５１の一部が段差面５３よりも上に凸となるように形成されており、ここに絶縁シート４０の切欠部４２が係止されることにより、絶縁シート４０の幅方向の移動が拘束される。

このように、絶縁シート４０の幅方向の移動が拘束されることにより、ティース２２に巻線を巻き付けていった際に巻き付け力によって絶縁シート４０がスロット開口部２４からはみ出すことを防止することができる。

第２係止リブメンバー５２はスロット２３の内径寸法よりも若干（絶縁シート４０の厚さ分）小さい外形寸法を有し、その高さは第１係止リブメンバー５１よりも高く形成されている。これによれば、図７に示すように、スロット２３の内周面と第２係止リブメンバー５２の側面との間に形成された空間によって絶縁シート４０が挟持される。

第２係止リブメンバー５２はスロット２３のスロット開口部２４に対向するスロット溝５６を有し、このスロット溝５６には係止リブ５０をスロット２３内に差し込んでいった際に、絶縁シート４０を第１係止リブメンバー５１と第２係止リブメンバー５２との間に導くガイド手段としてのガイドリブ５５，５５が設けられている。ガイドリブ５５，５５はスロット開口部を挟んで左右対称に形成されている。

各ガイドリブ５５は第２係止リブメンバー５２の上端からさらに上に向けて突設された舌片からなり、その外周面は絶縁シート５０をスムーズに引き込めるように係止リブ５０の内側に湾曲されている。

これによれば、係止リブ５０をスロット２３内に差し込んでゆくと、スロット２３内に収納された絶縁シート５０の端面がガイドリブ５５の湾曲面に沿ってスロット２３の内周面と第２係止リブメンバー５２との間に形成された空間にスムーズに導かれ、絶縁シート４０を確実に保持することができる。

次に、この固定子１０の組立手順の一例について図１を参照しながら説明する。まず、固定子コア２０の一方の端面（この例では下面とする）に沿って絶縁端板３０を取り付ける。絶縁端板３０を取り付けるに当たっては、絶縁端板３０に形成された各係止リブ５０を絶縁端板２０のスロット２３に沿って差し込めばよい。

これにより、係止リブ５０の第１係止リブメンバー５１がスロット２３の内周面に沿って係止され絶縁端板２０が固定子コア２０の端面に保持される。なお、より確実に固定する方法として、固定子コア２０と絶縁端板３０との間を接着剤などを介して固定してもよい。

次に、固定子コア２０の他方の面（上面）に開口された各スロット２３からその内部に絶縁シート４０を挿入する。このとき、スロット２３側には特に絶縁シート４０に対する係止手段は設けられていないため、絶縁シート４０が引っ掛かることなく、スムーズに挿入することができる。

これにより、絶縁シート４０はガイドリブ５５を介してスロット２３の内周面と第２係止リブメンバー５２との間に導かれ、その下端面が段差面５３に沿って接触した状態（図７参照）で停止する。

最後に、固定子コア２０の上端面に絶縁端板３０を取り付ける。絶縁端板３０の各係止リブ５０をスロット２３に沿って差し込んでゆくと、まずガイドリブ５５が絶縁シート４０の上端面に接触し内周面に沿って接触する。

さらに係止リブ５０をスロット２３内に差し込んでゆくと、絶縁シート４０はガイドリブ５５のガイド面に沿って移動しながらスロット２３の内周面と第２係止リブメンバー５２との間に導かれ固定される。最後に第１係止リブメンバー５１がスロット２３の内周面に沿って係止されることで、絶縁端板３０の取付作業が完了する。

この例においては、まず最初に固定子コア２０の一端側に一方の絶縁端板３０を取り付けたのち、絶縁シート４０をスロット２３内に挿入しているが、最初に絶縁シート４０を挿入した後で、両方の絶縁端板３０，３０を取り付けるようにしてもよい。

取付作業を終えた固定子１０は専用の巻線装置に取り付けられたのち、各ティース毎に巻線が巻き付けられるが、絶縁シート４０は絶縁端板３０の係止リブ５０によって軸方向（上下方向）および幅方向（左右方向）の移動が拘束されているため、巻線の巻き付け力によって偏ることがない。

図５に示すように、各ティース２２に巻き付けられた巻線１は、ボビン３０の外周面に沿って渡り線処理されたのち、各相毎に束ねられ引出線２とともに結線される。最後に巻線１および引出線２の結線端部に絶縁チューブ６０を取り付けて被覆したのち、絶縁チューブ６０をボビン３１の凹部に収納して結束帯４を挿通孔３１３を介してボビン３１とともに一体的に固定する。これにより、固定子１０が完成する。

上述した実施形態において、電動機はティース２２が中心方向を向くように形成されたインナーロータ型電動機を例にとって説明したが、本発明の絶縁シートと絶縁端板は、ティースが外周方向を向くように形成されたアウターロータ型電動機にも適用することができる。

本発明の一実施形態に係る電動機の固定子の分解斜視図。上記固定子の部分拡大斜視図。絶縁端板を裏側から見た状態の斜視図。係止リブと絶縁シートの係止状態を説明する説明図。ボビンに絶縁チューブを固定した状態を示す斜視図。絶縁チューブの形状および各種変形例を示す正面図。絶縁シートの係止状態を示す部分断面図。絶縁シートの変形例を絶縁シートを展開した状態で示す正面図。

符号の説明

１０固定子
２０固定子コア
２２ティース
２３スロット
３０絶縁端板
３１ボビン
３１２挿通孔
３２ティースエンド
４０絶縁シート
５０係止リブ
５１第１係止リブメンバー
５２第２係止リブメンバー
５３段差面
５４係止凸部
５５ガイドリブ
６０絶縁チューブ

Claims

各スロット内に絶縁シートが配置された固定子コアと、上記固定子コアの端部に取り付けられる上下一対の絶縁端板とを有し、上記絶縁端板には上記スロット内に向けて挿入される係止リブが突設されている電動機において、
上記係止リブは、上記スロットの内周面に沿って係止される第１係止リブメンバーと、上記スロットの内周面との間で上記絶縁シートを挟み込んで支持する第２係止リブメンバーとを有し、上記第１係止リブメンバーと上記第２係止リブメンバーとの間には上記絶縁シートの端部に沿って当接する段差面が設けられているとともに、上記絶縁シートには、上記第１係止リブメンバーの所定部位に係止される係止部が設けられていることを特徴とする電動機。
上記係止部は上記絶縁シートに形成された切欠部からなり、上記第１係止リブメンバーには上記切欠部に形状的に対応する係止凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
上記切欠部は上記絶縁シートの角部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
上記係止リブには、上記絶縁端板を上記固定子コアに取り付ける際に上記絶縁シートを上記第１係止リブメンバーと上記第２係止リブメンバーとの間に導くガイドリブが設けられていることを特徴とする請求項１，２または３項に記載の電動機。